Данная структура, как известно, имеет вид гипотетико-дедуктивной модели. В этой модели научная теория предстает как аксиоматическая система, где в качестве аксиом выступают исходные гипотезы; из них логически выводятся все остальные положения, теоремы, конечные следствия. Между полученными следствиями и эмпирическими данными, фактами устанавливается соответствие, в результате чего теоретическое знание приобретает прочный эмпирический базис, сводится к эмпирическим высказываниям. В принципе, логические требования упорядоченности, непротиворечивости, логической выводимости научного знания, его редукции к эмпирическим фактам распространяются логическими позитивистами на всю науку. В результате в языке науки выделяются: предложения теоретического уровня, использующие не сводимые к эмпирически данному научные понятия; предложения эмпирического уровня, фиксирующие результаты экспериментов и наблюдений; вспомогательные предложения, обеспечивающие логическую связь обоих уровней, в частности, сведение теоретических предложений к предложениям наблюдения. Выделение такой логической структуры науки связано с конвенционализмом, когда научная теория представляется как формальная система.
Исходные гипотезы или аксиомы данной системы принимаются конвенционально, по соглашению. Позитивисты сформулировали так называемый "принцип терпимости", по которому можно выбирать из множества систем любую непротиворечивую систему, соблюдающую правила логического синтаксиса. Иными словами, согласно логическому позитивизму, исходные понятия, принципы науки основываются на конвенциях, которые представляют собой соглашения относительно определения понятий данной системы при условии, что сами конвенции не определяются. Тем самым обосновывается возможность одну и ту же научную теорию выводить из различных наборов конвенционально принятых аксиом и, соответственно, возможность создания ее различных материальных, практических интерпретаций. В то же время конвенционализм ограничивается требованием непротиворечивости теоретической системы, требованием полноты, т.е. обязательности существования эффективного процесса, позволяющего установить, выводимо ли в данной системе любое предложение из ее аксиом. Если эти требования соблюдаются, то каждый может строить систему, как он хочет, и наоборот, если требования логического синтаксиса не выполняются, то система должна быть отвергнута.
Особое место в данной структуре занимают базисные, так называемые протокольные предложения. Протокольные предложения трактуются логическими позитивистами с позиции философского феноменализма. Вначале их предназначение, как говорят логические позитивисты, состояло в фиксации непосредственных чувственных переживаний познающего, наблюдающего субъекта. Предложения наблюдения приобретали вид: "А я в таком-то месте и в такое-то время наблюдал голубое". Такого рода фиксации, по первоначальным представлениям логических позитивистов, образовывали истинный, нейтральный по отношению к теоретическому знанию эмпирический базис, фундамент, на котором должно возводиться остальное научное знание. Однако трактовка протокольных предложений как языковой фиксации индивидуального чувственного опыта субъекта научного наблюдения требовала решения проблемы интерсубъективности науки, поскольку такой опыт соответствует только индивидуальным протокольным предложениям и не может быть общезначимым для всей науки. Поэтому в качестве общезначимого протокольного языка был предложен язык физики, фиксирующий физическое эмпирическое исследование, эксперимент, где личные имена заменялись величинами, координатами и таким образом осуществлялся переход от индивидуального опыта и индивидуальных предложений к интерсубъективным, общезначимым. Кроме того, предполагалось, как уже говорилось, языки всех наук свести к физикалистскому языку как универсальному. Наконец, в качестве базисного протокольного языка рассматривался вещный язык, описывающий свойства чувственно воспринимаемых вещей. Истинность такого языка определяется чувственным наблюдением вещей, значения его терминов соответствуют непосредственному чувственному опыту, который, в свою очередь, основывается на неизменности вещей и неизменности деятельности органов чувств познающих людей. Вещный язык вследствие этого остается основой остального знания, достоверным эмпирическим базисом науки, нейтральным, самостоятельным по отношению к теоретическому знанию. Именно с него начинается, согласно эмпирицистской установке позитивизма, познание как процесс фиксации данных наблюдения, фактов и последующая процедура обобщения данных, приводящая к формированию теоретического знания.